无线传感器网络数据融合关键技术研究

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1、无线传感器网络数据融合关键技术研究摘要：路由协议与数据融合技术已成为无线传感器网络（WSN）的一个重要研究方面。本文按照面向应用和面向层次两个分类进行了介绍，并通过联系以数据为中心的路由协议以及相关的数据融合算法，简要分析了其在节省功耗，优化网络性能方面所采取的有效措施。通过仿真实验，推断出以数据为中心的路由协议对网络内数据融合的帮助意义。关键词：无线传感器网络；路由协议；数据融合；NS21引言无线传感器网络（wirelesssensornetwork，WSN）就是由部署在监测区域内大量的廉价微型传感器节点组成，通过无线通信

2、方式形成的一个多跳的自组织的网络系统，其目的是协作的感知、采集和处理网络覆盖区域中感知对象的信息，并发送给观察者[1]。路由协议和数据融合已成为无线传感器网络的关键技术。本文首先对现有的几种路由协议和数据融合算法进行介绍，然后通过仿真来验证以数据为中心的路由协议在性能上的优势，以及对数据融合的促进意义。2无线传感器网络路由协议路由协议负责将数据分组从源节点通过网络转发到目的节点，它主要包括两个方面的功能：寻找源节点和目的节点间的优化路径，将数据分组沿着优化路径正确转发。2.2面向应用的路由协议面向应用的路由协议是众多路由协议

3、中较为常见的一种。所谓面向应用，即是与应用模式紧密相连的路由协议。从具体应用角度出发，根据不同应用对传感器网络各种特性的敏感性不同，将路由协议分为四种类型[2]：1）能量感知路由协议；2）基于查询的路由协议；3）地理位置路由协议；4）可靠的路由协议。能量路由是最早提出的传感器网络路由机制之一，它根据节点的可用能量（poweravailable，PA）或传输路径上的能量需求，选择数据的转发路径。节点可用能量就是节点当前的剩余能量。基于查询的路由协议包括定向扩散路由和谣传路由。定向扩散是专门为传感器网络设计的路由策略，是以数据为

4、中心的典型路由协议代表，与己有的路由算法有着截然不同的实现机制。谣传路由引入了查询消息的单波随机转发的机制，克服了使用洪泛方式建立转发路径带来的开销过大的问题。地理位置路由包括GEAR路由和GEM路由。GEAR（geographicalandenergyawarerouting）路由假设已知事件区域的位置信息，每个节点知道自己的位置信息和剩余能量信息，并且通过一个简单的Hello消息交换机制了解所有邻居节点的位置信息和剩余能量信息。GEM（graphembedding）路由是一种适合于数据中心存储方式的地理路由。其基本思想是

5、建立一个虚拟极坐标系统（virtualpolarcoordinatesystem，VPCS），用来表示实际的网络拓扑结构。网络中的节点形成一个以汇聚节点为根的带环树（ringedtree），每个节点用到树根的跳数距离和角度范围来表示，节点间的数据路由通过这个带环树实现。2.3面向层次的路由协议针对无线传感器网络中节点所处的地位，以及网络的拓扑结构，还可以将无线传感器网络的路由协议分为平面结构和分层结构。平面路由协议包括定向扩散路由协议、谣传路由协议、SPIN路由协议（基于能量感知的路由协议）、HREEMR路由协议（基于多路径

6、的路由协议）、SPEED路由协议、GEM路由协议、边界定位路由协议、有序分配路由协议等。前面介绍的四类面向应用的路由协议大都属于平面的路由协议。分层路由协议包括：LEACH路由协议、TEEN路由协议、GAF路由协议、GEAR路由协议、SPAN路由协议、SOP路由协议、MECN协议、EARSN路由协议等。这里，我们重点介绍两个相似的路由协议：LEACH和TEEN协议。3数据融合技术所谓数据融合，是将来自多个传感器和信息源的数据信息加以联合、相关和组合，剔除冗余信息，获得互补信息，以便能够较精确地估计出节点的位置和在网络中的地位

7、，以及对现场情况及其传送数据的重要程度进行适时的完整的评价[3]。对于无线传感器网络系统来说，信息具有多样性和复杂性，因此对数据融合方法的基本要求是具有鲁棒性和并行处理能力。由于来自各种不同传感器的数据信息可能具有不同的特征，于是相应地出现了多种不同的数据融合方法。常用的数据融合算法如图3.1所示[2]：图3.1检测分类算法分类1、贝叶斯推理技术：它解决了经典推理方法的某些困难，贝叶斯推理在给定一个预先似然估计和附加证据（观测）的条件下，能更新一个假设的似然函数。2、Dempster-Shafer证据区间理论：D-S证据理论

8、是一种不精确推理理论，是贝叶斯推理的扩展，但贝叶斯方法必须给出先验概率，而证据理论则能够处理这种由不知道引起的不确定性。3、自适应人工神经网络：人工神经网络模型或自适应神经系统是一个仿效生物神经系统信息处理的系统。一个神经网络包括以各种方式连接的处理单元(或节点)的层。神经网对输入的数据矢